鐵路信號(hào)系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究

溫徐洲

摘 要 鐵路信號(hào)系統(tǒng)作為鐵路建設(shè)的重要組成部分，雖然取得了良好的發(fā)展，但仍存在許多不足之處。只有采用智能檢測(cè)技術(shù)，才能對(duì)列車運(yùn)行進(jìn)行有效監(jiān)控，提高鐵路信號(hào)的智能化水平，保證鐵路運(yùn)行的安全性能。本文從我國(guó)鐵路信號(hào)監(jiān)控智能化系統(tǒng)出發(fā)，明確了智能監(jiān)控技術(shù)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決方案，希望能進(jìn)一步促進(jìn)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的現(xiàn)代化和智能化發(fā)展。

關(guān)鍵詞 鐵路信號(hào);智能檢測(cè);系統(tǒng)

1我國(guó)高速鐵路信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

集中信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)，又稱CSM。這是一個(gè)多層次的架構(gòu)，系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性強(qiáng)，具有檢測(cè)、報(bào)警、信息存儲(chǔ)和分析以及狀態(tài)再現(xiàn)等功能。CSM的功能的實(shí)現(xiàn)通過(guò)多種信號(hào)設(shè)備，包括CAN總線、電源、信號(hào)，信號(hào)電纜、軌道電路、電源屏等設(shè)備的電器參數(shù)模擬量信息、部分開(kāi)關(guān)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)系，與此同時(shí)， 信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，也成為CSM。這是一種多層級(jí)的體系架構(gòu)，系統(tǒng)用于較強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性，擁有檢測(cè)、報(bào)警、信息存儲(chǔ)與分析和狀態(tài)再現(xiàn)等各種功能。CSM 的功能實(shí)現(xiàn)通過(guò)多個(gè)信號(hào)設(shè)備，包含CAN 總線、信號(hào)機(jī)、信號(hào)電纜、軌道電路、電源屏等設(shè)備的電器參數(shù)模擬量信息、部分開(kāi)關(guān)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)聯(lián)系，同時(shí)，CSM 系統(tǒng)為了獲取全面的信息，還以通信接口的方式同CBI、TCC、ZPW2000 軌道電路等設(shè)備的維修設(shè)備進(jìn)行互通，對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行診斷和監(jiān)測(cè)時(shí)，還可以借助CSM 設(shè)備，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，從而更好地有針對(duì)性地開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)的維修工作[1]。

1.2 列控監(jiān)測(cè)檢測(cè)子系統(tǒng)

列車控制監(jiān)控子系統(tǒng)的功能在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中起著非常重要的作用，可以對(duì)列車運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同程度的采集和處理。該系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：第一，車載司法記錄儀（JRU）;第二個(gè)是RBC維護(hù)終端和用于維護(hù)終端的限制服務(wù)器。三是TSRS與微機(jī)聯(lián)動(dòng)終端;每個(gè)設(shè)備在系統(tǒng)中執(zhí)行不同的功能。RBC監(jiān)控室設(shè)置的終端維護(hù)主要是實(shí)時(shí)監(jiān)控CTC系統(tǒng)的通信狀態(tài)，同時(shí)隨時(shí)監(jiān)控RBC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和C3 train的運(yùn)行狀態(tài)。微機(jī)連鎖終端的主要功能是計(jì)算機(jī)連鎖系統(tǒng)的故障診斷，限速服務(wù)器的主要功能是實(shí)現(xiàn)TSRS的故障診斷、管理和維護(hù)。通過(guò)各設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行和協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行過(guò)程中各設(shè)備和信息的共同監(jiān)控，確保列車運(yùn)行的安全性和可靠性。

1.3 GSM-R 通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

GSM-R通信監(jiān)控技術(shù)主要包括兩種檢測(cè)設(shè)備，即GSM-R網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)控和各設(shè)備的通信接口監(jiān)控。其中，GSM-R網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)控的主要功能包括：報(bào)警管理、故障管理和配置管理。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)控列車各信號(hào)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以保證列車的正常運(yùn)行。和接口監(jiān)控每個(gè)接口的設(shè)備主要是GSM - R網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以為每個(gè)接口信號(hào)命令運(yùn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)跟蹤和記錄，分析網(wǎng)絡(luò)異常狀態(tài)，并提供監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)用戶的查詢歷史數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)等。

2鐵路信號(hào)檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

西方發(fā)達(dá)國(guó)家的鐵路信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)體現(xiàn)了檢測(cè)信息對(duì)其整體的指導(dǎo)作用，可用于檢測(cè)信息的集中管理、室內(nèi)外設(shè)備信號(hào)的同步檢測(cè)以及信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)后的發(fā)展趨勢(shì)等。我國(guó)在信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)方面做了大量的工作。信號(hào)集中檢測(cè)和各種設(shè)備的管理已經(jīng)逐步投入使用，并取得了一定的成效，但仍存在一些問(wèn)題[2]。

第一，檢測(cè)系統(tǒng)之間缺乏聯(lián)系，而且檢測(cè)數(shù)據(jù)之間沒(méi)也沒(méi)有聯(lián)系，設(shè)備的故障主要靠人工判斷。信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)是整個(gè)鐵路信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，主要對(duì)系統(tǒng)相關(guān)信號(hào)機(jī)、信號(hào)線、軌道電路等設(shè)備的參數(shù)信息進(jìn)行監(jiān)控，并與設(shè)備相關(guān)的一些維修機(jī)進(jìn)行連接，獲取監(jiān)控信息。但由于一些設(shè)備之間缺少聯(lián)系，導(dǎo)致了對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)也缺乏全面性，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的縱向比對(duì)，或不能有效判斷出列車車載設(shè)備的故障源，是車載的設(shè)備問(wèn)題，還是地面設(shè)備或者是車站設(shè)備的問(wèn)題，都只能夠依靠著人工進(jìn)行判斷，不能實(shí)現(xiàn)自行的診斷。

二是，通信信號(hào)的檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法共享，導(dǎo)致信號(hào)組合的某些方面無(wú)法有效分析。目前，鐵路信號(hào)智能檢測(cè)系統(tǒng)已成為列車控制與調(diào)度的重要系統(tǒng)，關(guān)系到車輛與車站之間的信息傳輸。在目前高鐵運(yùn)行之中，通信超時(shí)和缺乏網(wǎng)絡(luò)連接的事情時(shí)有發(fā)生，這將影響列車的運(yùn)行狀態(tài)，因?yàn)槲覀儑?guó)家的一些信號(hào)數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)時(shí)共享，很難對(duì)于故障的原因進(jìn)行有效的分析，也無(wú)法將故障的發(fā)生地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，所以它成為我國(guó)現(xiàn)在列車控制系統(tǒng)一個(gè)大難題。

三是，無(wú)法對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，這將對(duì)列車的整體運(yùn)行產(chǎn)生很大影響。目前我國(guó)鐵路信號(hào)檢測(cè)設(shè)備，能夠做大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和記錄，但是沒(méi)有一些有效的數(shù)據(jù)挖掘和利用方式，沒(méi)有這種類型的智能分析軟件。一些軌道電路或者是道路轉(zhuǎn)轍機(jī)的轉(zhuǎn)換就無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的分析與判斷，使得現(xiàn)象的情況就變成了只有故障的時(shí)候才進(jìn)行修理，無(wú)法達(dá)到對(duì)于其工作狀態(tài)的監(jiān)督，所以一旦出現(xiàn)問(wèn)題往往會(huì)造成重大的影響。

四是，監(jiān)控和維護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)和生產(chǎn)調(diào)度相結(jié)合，監(jiān)測(cè)維護(hù)故障的分析工作不能夠跟電務(wù)計(jì)劃、過(guò)程監(jiān)控以及處理的結(jié)果等方面進(jìn)行有機(jī)的聯(lián)系，無(wú)法形成一個(gè)高效的綜合維護(hù)和監(jiān)控調(diào)度平臺(tái)，不能及時(shí)掌握電務(wù)系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)，影響到其在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于狀態(tài)的整體監(jiān)測(cè)與日常的維護(hù)，在某些緊急情況下，如果需要對(duì)部門(mén)的各個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，則無(wú)法為相關(guān)調(diào)度人員提供足夠的故障分析和決策信息[3]。

3鐵路信號(hào)系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)技術(shù)提升和改善的措施

構(gòu)建智能電力監(jiān)測(cè)鐵路信號(hào)維護(hù)系統(tǒng)是一項(xiàng)長(zhǎng)期復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而不是一個(gè)或兩年完成，必須推進(jìn)逐漸的發(fā)展變化，此外，在開(kāi)發(fā)和推廣的過(guò)程中，把重點(diǎn)放在加強(qiáng)設(shè)備安全等級(jí)，針對(duì)性的安全保護(hù)，建立數(shù)據(jù)之間的一致性，便于整體分析，具體包括以下幾個(gè)方面：

3.1 從初期分散型向集中型過(guò)度

現(xiàn)有的鐵路信號(hào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)還停留在傳統(tǒng)的人工故障判斷的基礎(chǔ)上。實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)判斷和分析，為操作人員提供輔助決策信息，逐步將監(jiān)控系統(tǒng)從分散向集中發(fā)展。集中管理的主要任務(wù)是對(duì)各個(gè)傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，對(duì)來(lái)自不同設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)系統(tǒng)的要求建立功能劃分。在初步建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成后，可以根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的變化和后期需求隨時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的功能[4]。

3.2 建立智能化分析技術(shù)

鐵路信號(hào)的智能分析主要包括以下兩點(diǎn)：一是通過(guò)系統(tǒng)中各種設(shè)備之間的連接是對(duì)鐵路系統(tǒng)故障的邏輯分析，包括各種設(shè)備的對(duì)比分析、列車與地面、地面與地面、信號(hào)與通信之間的綜合相關(guān)分析;第二部分是單個(gè)設(shè)備的故障分析，主要包括設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)分析、設(shè)備生命周期分析和不同類型設(shè)備的故障分析。

對(duì)于設(shè)備的信號(hào)邏輯故障分析，可以建立相應(yīng)的專家?guī)煸\斷系統(tǒng)，收集和整理標(biāo)準(zhǔn)化專家提供的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。知識(shí)庫(kù)的建立和規(guī)劃直接影響系統(tǒng)的智能化

診斷的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，對(duì)系統(tǒng)故障的判斷需要建立一個(gè)整體的包含設(shè)備運(yùn)行多個(gè)唯獨(dú)的系統(tǒng)庫(kù)進(jìn)行研究。在故障診斷過(guò)程中，為了提高診斷的效率，縮小需要排查的范圍，可以從以下兩個(gè)角度著手建立專家系統(tǒng)庫(kù)：首先，根據(jù)設(shè)備性能和組成的差異選擇與相關(guān)設(shè)備相關(guān)的知識(shí)，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)體系;其次，根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將子系統(tǒng)的知識(shí)建立為單個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)定向搜索，提高知識(shí)庫(kù)搜索效率。第三，根據(jù)不同的數(shù)學(xué)模型，將知識(shí)劃分為幾個(gè)不同的模塊，提高知識(shí)庫(kù)的綜合應(yīng)用。第四，根據(jù)各專家劃分的不同領(lǐng)域知識(shí)的劃分，可分為故障知識(shí)、對(duì)象知識(shí)、信號(hào)處理知識(shí)等方面。由于鐵路信號(hào)設(shè)備故障相關(guān)性，更直接的表達(dá)方式就是樹(shù)狀關(guān)聯(lián)，根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)，不同特定的故障類型的設(shè)備樹(shù)的形式加入專家知識(shí)庫(kù)，通過(guò)這種形式可以減少冗余，容易判斷故障類型和設(shè)備的范圍[5]。

3.3 規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化

監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)涉及范圍包括設(shè)備運(yùn)行的各個(gè)方面，每個(gè)系統(tǒng)和傳感設(shè)備需要有一個(gè)系統(tǒng)的工作流程，這是智能化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是需要重點(diǎn)攻克的對(duì)象。到對(duì)各個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)范化命名，統(tǒng)一整理，也便于集成的數(shù)據(jù)分析，符合電力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用要求和規(guī)范，為自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)自動(dòng)化關(guān)聯(lián)提供基準(zhǔn)。統(tǒng)一設(shè)備各部分后協(xié)議和數(shù)據(jù)規(guī)范，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的需要進(jìn)行必要的模塊擴(kuò)充和修改。

3.4 合理分工

在運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)提高對(duì)列車運(yùn)行有一定影響的設(shè)備的安全水平，劃分安全責(zé)任范圍。另外，系統(tǒng)中不同網(wǎng)絡(luò)之間要進(jìn)行必要的物理隔離[6]。

4結(jié)束語(yǔ)

總之，現(xiàn)代鐵路信號(hào)系統(tǒng)鐵路信號(hào)檢測(cè)、集成、智能分析與決策能力起到很大的幫助，也改變了傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)維護(hù)模式，使我國(guó)鐵路信號(hào)不僅可以擁有先進(jìn)的控制設(shè)備，也能夠具有強(qiáng)大的智能維修網(wǎng)絡(luò)，它具有非常重要的意義。當(dāng)前智能化電氣服務(wù)檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和建設(shè)，應(yīng)注重系統(tǒng)設(shè)計(jì)和綜合分析的技術(shù)方面，確保鐵路信號(hào)智能檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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